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轉(zhuǎn)換效率達(dá)13.2% 中科大新成果激發(fā)錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池應(yīng)用潛能
2024年05月14日 11:45:00
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：6605
隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng),，太陽(yáng)能電池作為一種清潔,、可再生的能源技術(shù)，為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻(xiàn),，成為了可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要錨點(diǎn),。與此同時(shí)，太陽(yáng)能電池本身在交通,、通訊,、石油、海洋,、氣象等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,，也突出了其在不同產(chǎn)業(yè)中的重要地位。正因如此，如今該產(chǎn)業(yè)受到了高度關(guān)注,，相關(guān)技術(shù)不斷研究的同時(shí),，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng),，太陽(yáng)能電池作為一種清潔,、可再生的能源技術(shù)，為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻(xiàn),，成為了可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要錨點(diǎn),。與此同時(shí)，太陽(yáng)能電池本身在交通,、通訊,、石油、海洋,、氣象等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,，也突出了其在不同產(chǎn)業(yè)中的重要地位。正因如此,，如今該產(chǎn)業(yè)受到了高度關(guān)注,，相關(guān)技術(shù)不斷研究的同時(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展,。
這一點(diǎn),，在太陽(yáng)能電池的材料上體現(xiàn)的尤為突出諸如硅材料、有機(jī)材料只要加工得當(dāng),，都有可能用于太陽(yáng)能電池的制造,。而在其中有一類(lèi)材料非常特殊——鈣鈦礦型半導(dǎo)體。
鈣鈦礦型半導(dǎo)體可用于生產(chǎn)一種新型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,。這種電池屬于第三代薄膜電池的代表，理論上具備較高的光電轉(zhuǎn)換效率,、低成本和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),，因此受到高度關(guān)注。但是在生產(chǎn)工藝上,，卻面臨著一個(gè)難題——非鉛錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體自身存在缺陷,。
非鉛錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體相較于鉛基鈣鈦礦半導(dǎo)體不存在重金屬鉛，因此更加環(huán)境友好,，也更加安全,。但與鉛基鈣鈦礦半導(dǎo)體相比，非鉛錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體存在結(jié)晶速率快,、p型自摻雜嚴(yán)重,、與傳輸層能級(jí)匹配不佳等問(wèn)題，這些問(wèn)題使得用其制造的光伏器件會(huì)出現(xiàn)載流子提取困難、非輻射復(fù)合嚴(yán)重等情況,，無(wú)法達(dá)到理論光電轉(zhuǎn)化效率(盡管理論效率比鉛基鈣鈦礦半導(dǎo)體生產(chǎn)的光伏器件更高,。
而中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院特任研究員胡芹課題則在這個(gè)問(wèn)題上找到了突破口，通過(guò)構(gòu)建鈣鈦礦同質(zhì)結(jié)和摻雜設(shè)計(jì),，促進(jìn)光生載流子的分離和提取,，成功提高了光伏器件的效率和穩(wěn)定性。
根據(jù)中科大新聞網(wǎng)公開(kāi)的消息,，“研究團(tuán)隊(duì)利用自主發(fā)展的第一性原理計(jì)算軟件ABACUS(原子算籌)中的高精度雜化密度泛函計(jì)算功能,，對(duì)錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜設(shè)計(jì)，通過(guò)將鍺離子引入到活性層中,，實(shí)現(xiàn)了鍺離子的梯度摻雜和同質(zhì)結(jié)構(gòu)筑,。鈣鈦礦半導(dǎo)體吸收層能級(jí)的梯度變化增強(qiáng)了內(nèi)建電場(chǎng)，從而促進(jìn)了光生載流子的分離和提取,。研究通過(guò)不同深度的X射線光電子能譜(XPS)表征證實(shí)了錫基鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜中鍺離子的梯度摻雜,，通過(guò)第一性原理計(jì)算的缺陷形成能和摻雜類(lèi)型結(jié)果揭示了構(gòu)建同質(zhì)結(jié)的內(nèi)在機(jī)制。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步器件工藝優(yōu)化,，同質(zhì)結(jié)光伏器件的暗電流降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí),，缺陷密度降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，功率轉(zhuǎn)換效率從11.2%提升至13.2%,，在最大功率點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行250分鐘后仍然保持初始效率的95%以上,，具有良好的穩(wěn)定性。”
目前相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際期刊《納米通訊》,，中科大新聞網(wǎng)也在相關(guān)報(bào)道中提供了論文鏈接,，感興趣的讀者可以去查閱學(xué)習(xí)。
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